2018年高中生物 第四章 遺傳的分子基礎(chǔ) 第四節(jié) 第二講 基因重組 基因工程及其應(yīng)用教學(xué)案 蘇教版必修2.doc

第二講 基因重組 基因工程及其應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.基因重組的類型及其對生物性狀的影響2基因突變、基因重組和染色體變異的比較3基因工程的概念、工具、操作步驟和應(yīng)用教材梳理一、基因重組1概念生物體內(nèi)在進(jìn)行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因重新組合。2基因重組的類型類型發(fā)生時(shí)期發(fā)生原因自由組合型減數(shù)第一次分裂后期非同源染色體上非等位基因隨非同源染色體自由組合而組合交叉互換型減數(shù)第一次分裂四分體時(shí)期同源染色體上的等位基因隨四分體非姐妹染色單體的交換而交換3.結(jié)果：自由組合可能產(chǎn)生與親代基因型不同的個(gè)體；交叉互換造成染色單體上基因重組，可能產(chǎn)生新的表現(xiàn)型。4基因重組的意義(DNA重組技術(shù))基因重組與基因突變、染色體變異一樣，既是生物進(jìn)化的源泉，也是形成生物多樣性的重要原因之一。二、基因工程1含義：把在一個(gè)生物體內(nèi)分離得到或人工合成的目的基因?qū)肓硪粋€(gè)生物的細(xì)胞，定向地使后者獲得新的遺傳性狀或表達(dá)所需產(chǎn)物的技術(shù)。2工具：限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶、載體三種。3操作的一般步驟4基因工程的應(yīng)用(1)基因工程在特殊蛋白質(zhì)的生產(chǎn)中已顯示出巨大的應(yīng)用價(jià)值，如治療糖尿病的胰島素，防治乙肝的疫苗等已廣泛應(yīng)用。(2)使人類按照自己的愿望定向地改造生物。(3)基因工程已廣泛應(yīng)用于醫(yī)、農(nóng)、林、牧、漁等領(lǐng)域，極大地促進(jìn)了生產(chǎn)，但也可能會引發(fā)一些安全性問題。牛刀小試一、基因重組1閱讀教材P8990內(nèi)容，觀察圖423、424，結(jié)合減數(shù)分裂與基因自由組合定律，探究下列問題：(1)基因重組產(chǎn)生了新基因和新性狀嗎？提示：沒有?；蛑亟M只是將原有的基因進(jìn)行了重新組合；基因控制性狀，由于基因重組沒有產(chǎn)生新基因，因此不會產(chǎn)生新性狀，只是產(chǎn)生了新的性狀組合。(2)下列是孟德爾雜交實(shí)驗(yàn)的兩種現(xiàn)象，請分析產(chǎn)生的原因是否屬于基因重組，并說明理由?，F(xiàn)象一：雜合紫花豌豆自交后代中出現(xiàn)白花豌豆。提示：不是。雜合紫花豌豆自交后代中出現(xiàn)白花豌豆，是控制同一性狀的等位基因分離的結(jié)果，而基因重組指的是控制不同性狀的基因重新組合?，F(xiàn)象二：雜合黃色圓粒豌豆自交后代中出現(xiàn)黃皺、綠圓、綠皺豌豆。提示：是。雜合黃色圓粒豌豆自交后代出現(xiàn)黃皺、綠圓、綠皺豌豆，是由于兩對非同源染色體上控制豌豆兩種性狀的非等位基因隨非同源染色體的自由組合而重新組合的結(jié)果。(3)源于同一父母的兄弟姐妹間其長相各有特點(diǎn)，其主要原因是什么？同卵雙胞胎間的差異是如何造成的？提示：同胞兄弟姐妹間差異的主要原因是“基因重組”。同卵雙胞胎間的差異主要源于后天環(huán)境及營養(yǎng)等。(4)基因突變，基因重組與染色體變異，哪一類變異發(fā)生頻率最低，哪一類變異最常發(fā)生？哪類變異引發(fā)的性狀改變最劇烈？提示：基因突變發(fā)生的頻率最低，基因重組最常發(fā)生，染色體變異引發(fā)的性狀改變最劇烈。2判斷正誤(1)在減數(shù)第一次分裂前期和減數(shù)第一次分裂后期都可以發(fā)生基因重組。()(2)生物有性生殖過程中，不同基因型的雌雄配子隨機(jī)結(jié)合現(xiàn)象屬于基因重組。()3連線二、基因工程1閱讀教材P9091內(nèi)容，仔細(xì)觀察分析圖425,426，探究下列問題。(1)基因工程中工具酶的作用DNA解旋酶、限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶都作用于DNA，試分析這三種酶的作用部位相同嗎？提示：不相同。DNA解旋酶作用于堿基之間的氫鍵，而限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶作用于磷酸與脫氧核糖之間的化學(xué)鍵，即磷酸二酯鍵。目的基因和運(yùn)載體為什么需用同一種限制性內(nèi)切酶進(jìn)行切割？提示：因?yàn)楸煌环N限制性內(nèi)切酶切割后，目的基因和載體具有相同的黏性末端。(2)試討論為什么不能將目的基因直接導(dǎo)入受體細(xì)胞？提示：外源基因直接進(jìn)入受體細(xì)胞，會被受體細(xì)胞內(nèi)的酶分解掉。(3)目的基因能夠在受體細(xì)胞中表達(dá)的基礎(chǔ)是什么？提示：所有生物共用一套遺傳密碼。(4)若想讓植物細(xì)胞生產(chǎn)出動物蛋白，可采用何種育種技術(shù)？采用雜交育種或誘變育種技術(shù)可以嗎？提示：要想讓植物細(xì)胞生產(chǎn)出動物蛋白，可采用DNA重組技術(shù)。由于植物與動物間遠(yuǎn)源雜交不親合，故不可采用雜交育種技術(shù)；由于誘變育種只能產(chǎn)生原基因的等位基因，故不能采用誘變育種技術(shù)。2判斷正誤(1)基因工程能夠?qū)崿F(xiàn)不同物種之間基因的重新組合。()(2)基因工程的運(yùn)載體本質(zhì)都是DNA分子。()重難突破一、 基因突變、基因重組、染色體變異的比較比較項(xiàng)目基因突變基因重組染色體變異變異的本質(zhì)基因的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變原有基因的重新組合染色體結(jié)構(gòu)或數(shù)目發(fā)生改變發(fā)生時(shí)間有絲分裂間期和減數(shù)分裂間期減數(shù)第一次分裂前期和后期細(xì)胞分裂間期或分裂期適用范圍生物種類所有生物均可發(fā)生自然狀態(tài)下，真核生物真核生物細(xì)胞增殖過程均可發(fā)生生殖類型無性生殖、有性生殖有性生殖無性生殖、有性生殖產(chǎn)生結(jié)果產(chǎn)生新的基因產(chǎn)生新基因型，沒產(chǎn)生新基因沒產(chǎn)生新基因，基因數(shù)目或順序發(fā)生變化鑒定方法光鏡下均無法檢出，可根據(jù)是否有新性狀或新性狀組合確定光鏡下可檢出應(yīng)用誘變育種雜交育種單倍體、多倍體育種聯(lián)系 三者均屬于可遺傳變異，都為生物的進(jìn)化提供了原材料 基因突變產(chǎn)生新的基因，是生物變異的根本來源 基因突變是基因重組的基礎(chǔ) 基因重組是形成生物多樣性的重要原因之一 特別提醒關(guān)注幾個(gè)“唯一”(1)唯一產(chǎn)生新基因的變異為基因突變；(2)唯一僅發(fā)生于有性生殖過程中的變異為基因重組；(3)唯一可發(fā)生于所有生物(病毒、原核生物、真核生物)的變異也為基因突變；(4)唯一可在光學(xué)顯微鏡下檢出的變異為染色體變異。二、基因工程1基因工程的操作工具操作工具名稱 化學(xué)本質(zhì)作用限制性內(nèi)切酶(限制酶)蛋白質(zhì)識別特定的核苷酸序列，在特定的切點(diǎn)切割DNA分子，獲取目的基因DNA連接酶蛋白質(zhì)連接脫氧核糖和磷酸形成的骨架缺口運(yùn)載體DNA與目的基因結(jié)合并導(dǎo)入受體細(xì)胞特別提醒目的基因的轉(zhuǎn)運(yùn)工具運(yùn)載體必須具備的條件：a.能在宿主內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制；b.有多個(gè)限制酶切位點(diǎn)，以便與外源基因連接；c.有標(biāo)記基因，便于篩選。2基因工程操作的基本步驟3基因工程操作中的兩個(gè)注意點(diǎn)(1)切割目的基因和載體時(shí)，一般用同一種限制酶，使目的基因和載體產(chǎn)生相同的黏性末端，達(dá)到目的基因與載體結(jié)合的目的。(2)目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞并非標(biāo)志著基因工程的成功，只有目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)才說明基因工程的成功。4有性生殖和基因工程中基因重組的區(qū)別(1)有性生殖：基因重組同一物種的不同基因重新組合。(2)基因工程：基因重組不同物種間的不同基因的重組?？枷蚓劢估?下列生物技術(shù)或生理過程沒有發(fā)生基因重組的是() 解析A項(xiàng)，R型活球菌與S型死菌的DNA混合后才具有了S型球菌的特性，屬于S型球菌的DNA分子與R型球菌的重組；B項(xiàng)，基因工程的原理也是基因重組；C項(xiàng)，減數(shù)第一次分裂前期的交叉互換和減數(shù)第一次分裂后期非同源染色體的自由組合屬于基因重組；D項(xiàng)，普通青霉菌具有了高產(chǎn)的性狀屬于基因突變。答案D“三看法”判斷可遺傳變異的類型(1)DNA分子內(nèi)的變異：一看基因種類：即看染色體上的基因種類是否發(fā)生改變，若發(fā)生改變?yōu)榛蛲蛔儭６椿蛭恢茫喝艋蚍N類和基因數(shù)目未變，但染色體上的基因位置改變，應(yīng)為染色體結(jié)構(gòu)變異中的“倒位”。三看基因數(shù)目：若基因的種類和位置均未改變，但基因的數(shù)目改變則為染色體結(jié)構(gòu)變異中的“重復(fù)”。(2)DNA分子間的變異：一看染色體數(shù)目：若染色體的數(shù)目發(fā)生改變，可根據(jù)染色體的數(shù)目變化情況確定是染色體數(shù)目的“整倍變異”還是“非整倍變異”。二看基因位置：若染色體的數(shù)目和基因數(shù)目均未改變，但基因所處的染色體片段位于非同源染色體上，則應(yīng)為染色體變異中的“易位”。三看基因數(shù)目：若染色體上的基因數(shù)目不變，則為減數(shù)分裂中同源染色體上的非姐妹染色單體交叉互換的結(jié)果，屬于基因重組。例2 酵母菌的維生素、蛋白質(zhì)含量高，可用于生產(chǎn)食品和藥品等?？茖W(xué)家將大麥細(xì)胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，獲得的啤酒酵母菌可產(chǎn)生LTP1蛋白，并釀出泡沫豐富的啤酒。基本的操作過程如圖所示：(1)該技術(shù)定向改變了酵母菌的性狀，這在可遺傳變異的來源中屬于_。(2)本操作中為了將LTP1基因?qū)虢湍妇?xì)胞內(nèi)，所用的運(yùn)載體是_。(3)要使運(yùn)載體與LTP1基因連接，首先應(yīng)使用_進(jìn)行切割。(4)切割完成后，利用_將運(yùn)載體與LTP1基因連接。解析 圖中a表示目的基因的獲取，b是來自大腸桿菌的質(zhì)粒，c是重組質(zhì)粒，目的基因插入抗四環(huán)素基因內(nèi)部。(1)基因工程可使原本不屬于同一物種的基因組合在一起，從而使轉(zhuǎn)基因生物產(chǎn)生特定的性狀，其原理屬于基因重組。(2)從圖示可以看出本實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)載體是質(zhì)粒。(3)重組質(zhì)粒形成前，需用同種限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，得到相同的黏性末端。(4)切割完成后，再用DNA連接酶連接。答案 (1)基因重組(2)質(zhì)粒(3)同種限制酶(限制性核酸內(nèi)切酶)(4)DNA連接酶課堂歸納網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建填充：自由組合型 限制性內(nèi)切酶 DNA連接酶 載體 分離目的基因、選擇基因工程載體體外重組DNA導(dǎo)入目的基因 篩選、培養(yǎng)受體細(xì)胞關(guān)鍵語句1基因重組是指生物體在進(jìn)行有性生殖的過程中控制不同性狀的基因重新組合的過程。2基因重組既包括減數(shù)分裂過程中非同源染色體上非等位基因間的自由組合(自由組合型)，又包括同源染色體非姐妹染色單體交叉互換所致的染色單體上基因的組成和排列次序的改變(交叉互換型)。3基因工程是指將從一個(gè)生物體內(nèi)分離得到或人工合成的目的基因?qū)肓硪粋€(gè)生物體中，使后者獲得新的遺傳性狀或表達(dá)所需產(chǎn)物的技術(shù)。4基因工程的工具：能在特定位置上切割DNA分子的限制性內(nèi)切酶、能將DNA片段連接起來的DNA連接酶和能攜帶目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞并得到表達(dá)的載體。5基因工程的一般過程包括：分離目的基因、選擇基因工程載體體外重組DNA導(dǎo)入目的基因篩選、培養(yǎng)受體細(xì)胞目的基因表達(dá)。知識點(diǎn)一、基因重組1基因重組是指生物體進(jìn)行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因的重新組合，下列敘述不正確的是()A基因重組有可能發(fā)生在減數(shù)第一次分裂的四分體時(shí)期B基因重組可能發(fā)生在減數(shù)第一次分裂的后期C基因重組是生物多樣性的原因之一D基因重組有可能發(fā)生在有絲分裂的后期解析：選D有絲分裂過程中沒有同源染色體的分離和非同源染色體的自由組合，因此不可能發(fā)生基因重組。2當(dāng)牛精原細(xì)胞進(jìn)行DNA復(fù)制時(shí)，細(xì)胞不可能發(fā)生()A基因重組BDNA解旋C蛋白質(zhì)合成 D基因突變解析：選A基因重組通常發(fā)生在減數(shù)第一次分裂過程中。3下列甲、乙分裂過程中產(chǎn)生配子時(shí)發(fā)生的變異分別屬于()A基因重組，不可遺傳變異B基因重組，基因突變C基因突變，不可遺傳變異D基因突變，基因重組解析：選D甲圖中的“a”基因是從“無”到“有”，屬于基因突變，而乙圖中的A、a、B、b基因是已經(jīng)存在的，只是進(jìn)行了重新組合。4多選(江蘇高考)在有絲分裂和減數(shù)分裂的過程中均可產(chǎn)生的變異是()ADNA 復(fù)制時(shí)發(fā)生堿基對的增添、缺失或改變，導(dǎo)致基因突變B非同源染色體之間發(fā)生自由組合，導(dǎo)致基因重組C非同源染色體之間交換一部分片段，導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)變異D著絲點(diǎn)分裂后形成的兩條染色體不能移向兩極，導(dǎo)致染色體數(shù)目變異解析：選ACD非同源染色體之間的自由組合只發(fā)生在減數(shù)分裂的過程中，故只有減數(shù)分裂過程中能發(fā)生基因重組。知識點(diǎn)二、基因工程5在培育轉(zhuǎn)基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kanR)常作為標(biāo)記基因，只有含卡那霉素抗性基因的細(xì)胞才能在卡那霉素培養(yǎng)基上生長。如圖為獲得抗蟲棉的技術(shù)流程，請據(jù)圖回答：(1)基因工程的基本操作程序主要包括四個(gè)步驟：提取目的基因、_、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、_。(2)要使運(yùn)載體與該抗蟲基因連接，A過程中首先應(yīng)使用_進(jìn)行切割。假如運(yùn)載體被切割后，得到的分子末端序列為AATTCG，則能與該運(yùn)載體連接的抗蟲基因分子的末端是()ACGTTAABAATCCTCGCTTTA DTAAATC(3)切割完成后，用_將運(yùn)載體與該抗蟲基因連接，連接后得到的DNA分子稱為_。(4)來自蘇云金桿菌的抗蟲基因能在植物體內(nèi)成功表達(dá)，說明蘇云金桿菌和植物等生物共用_。解析：(1)基因工程的四個(gè)步驟中，第二、四步分別是目的基因與運(yùn)載體結(jié)合、目的基因的檢測與鑒定。(2)切割目的基因和運(yùn)載體時(shí)用同一種限制酶，以便切出的黏性末端能夠完成堿基互補(bǔ)配對，并且能連接在一起。(3)目的基因和運(yùn)載體結(jié)合時(shí)，用DNA連接酶催化該過程，形成的分子稱為重組DNA分子。(4)同一種基因在不同生物體內(nèi)合成了相同的蛋白質(zhì)，說明這些生物的密碼子與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系是相同的，即共用一套遺傳密碼。答案：(1)目的基因與運(yùn)載體結(jié)合目的基因的檢測與鑒定(2)限制酶A(3)DNA連接酶重組DNA分子(4)一套遺傳密碼(時(shí)間：25分鐘滿分：50分)一、選擇題(每小題3分，共30分)1在減數(shù)第一次分裂間期，因某些原因使果蠅號染色體上的DNA分子缺失了一個(gè)基因，這種變異屬于()A染色體變異B基因重組C基因突變 D基因重組或基因突變解析：選ADNA分子缺失了一個(gè)基因，涉及基因數(shù)目的改變，屬于染色體結(jié)構(gòu)的變異；而基因突變是DNA分子中堿基對的增添、缺失或改變，導(dǎo)致基因結(jié)構(gòu)的改變。2.如圖表示某哺乳動物體內(nèi)正在進(jìn)行分裂的一個(gè)細(xì)胞，該細(xì)胞()A只存在于該動物的卵巢中B發(fā)生過交叉互換C含有4個(gè)染色體組D分裂產(chǎn)生的成熟生殖細(xì)胞有兩種解析：選A該細(xì)胞發(fā)生過基因突變；該細(xì)胞含兩個(gè)染色體組；該細(xì)胞分裂產(chǎn)生的成熟生殖細(xì)胞只有一種，其余為極體，將退化消失。3下列有關(guān)基因重組的敘述中，正確的是()A基因型為Aa的個(gè)體自交，因基因重組而導(dǎo)致子代性狀分離B基因重組發(fā)生在雌雄配子結(jié)合形成合子時(shí)C同源染色體上非姐妹染色單體間的互換可能導(dǎo)致基因重組D造成同卵雙生姐妹間性狀上差異的主要原因是基因重組解析：選CAa個(gè)體自交，后代的性狀分離是由于等位基因的分離和配子之間隨機(jī)結(jié)合而形成的；基因重組發(fā)生在減數(shù)分裂時(shí)，雌雄配子的結(jié)合不屬于基因重組；同源染色體上非姐妹染色單體間的互換屬于基因重組；同卵雙生是由同一受精卵發(fā)育而來的，所以細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)是一樣的，其性狀差異主要是由于外界環(huán)境引起的。4如圖為某二倍體生物細(xì)胞內(nèi)的同源染色體對數(shù)的變化曲線?；蛑亟M最可能發(fā)生在()AAB段 BCD段CFG段 DHI段解析：選C由題圖可知，CD段細(xì)胞內(nèi)同源染色體的對數(shù)加倍，為有絲分裂后期，AF為有絲分裂過程；GH段細(xì)胞內(nèi)沒有了同源染色體，因此FG段為減數(shù)第一次分裂過程，HI段為減數(shù)第二次分裂過程；基因重組發(fā)生在減數(shù)第一次分裂四分體時(shí)期和后期。5如圖中和表示某精原細(xì)胞中的一段DNA分子，分別位于一對同源染色體的兩條非姐妹染色單體的相同位置上。下列相關(guān)敘述中，正確的是()A和所在的染色體都來自父方B和的形成是由于染色體易位C和上的非等位基因可能會發(fā)生重新組合D和形成后，立即被平均分配到兩個(gè)精細(xì)胞中解析：選C由題知，和所表示的DNA分子分別位于一對同源染色體的兩條非姐妹染色單體的相同位置上，它們分別來自父方、母方，結(jié)合圖可判斷出它們之間發(fā)生了交叉互換，和上的非等位基因可能會發(fā)生重新組合；和形成后發(fā)生的是減數(shù)第一次分裂過程，會被平均分配到兩個(gè)次級精母細(xì)胞中。6圖中a、b、c、d表示人的生殖周期中不同的生理過程。下列說法正確的是()Ac、d不能發(fā)生基因突變B基因重組主要是通過c和d來實(shí)現(xiàn)的Cb和a的主要差異之一是同源染色體的聯(lián)會Dd和b的主要差異之一是姐妹染色單體的分離解析：選C過程a表示有絲分裂，過程b表示減數(shù)分裂，過程c表示受精作用，過程d表示個(gè)體發(fā)育過程(細(xì)胞分裂和分化)。基因突變可發(fā)生在個(gè)體發(fā)育的任何時(shí)期，但主要集中在有絲分裂間期和減數(shù)分裂的間期?；蛑亟M發(fā)生在減數(shù)分裂過程中；減數(shù)分裂和有絲分裂的主要差異有同源染色體的聯(lián)會、同源染色體的分離、同源染色體非姐妹染色單體的交叉互換等；在減數(shù)分裂和有絲分裂過程中均有姐妹染色單體的分離。7如圖分別表示不同的變異類型，其中圖中的基因2由基因1變異而來，有關(guān)說法正確的是()A圖都表示易位，發(fā)生在減數(shù)分裂的四分體時(shí)期B圖中的變異屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的缺失C圖中的變異屬于染色體結(jié)構(gòu)變異中的缺失或重復(fù)D圖中4種變異能夠遺傳的是解析：選C注意圖和圖的區(qū)別，表示交叉互換，表示易位，圖中為堿基對缺失，屬基因突變，圖中各種變異均能夠遺傳。8兩個(gè)核酸片段在適宜的條件下，經(jīng)X酶的作用，發(fā)生下列變化(如圖)，則X酶是()ADNA連接酶 BRNA聚合酶CDNA聚合酶 D限制性內(nèi)切酶解析：選A題圖所示的是把兩個(gè)具有相同黏性末端的DNA分子片段間的磷酸和脫氧核糖連在一起，所以需要DNA連接酶。9據(jù)圖所示，有關(guān)工具酶功能的敘述不正確的是()A限制性內(nèi)切酶可以切斷a處BDNA連接酶可以連接a處C解旋酶可以使b處解開DDNA連接酶可以連接b處解析：選D限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶作用的部位是磷酸二酯鍵即a處，解旋酶作用的部位是氫鍵即b處。10在用基因工程技術(shù)構(gòu)建抗除草劑的轉(zhuǎn)基因煙草過程中，下列操作錯(cuò)誤的是()A用限制性內(nèi)切酶切割煙草花葉病毒的核酸B用DNA連接酶連接經(jīng)切割的抗除草劑基因和運(yùn)載體C將重組DNA分子導(dǎo)入煙草原生質(zhì)體D用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因煙草細(xì)胞解析：選A限制性內(nèi)切酶切割的是DNA，而煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)為RNA；目的基因與載體的連接由DNA連接酶催化；受體細(xì)胞為植物細(xì)胞，所以可以是煙草原生質(zhì)體；目的基因?yàn)榭钩輨┗?，所以篩選的時(shí)候應(yīng)該用含除草劑的培養(yǎng)基。二、非選擇題(共20分)11(10分)(浙江高考改編)玉米的抗病和不抗病(基因?yàn)锳、a)、高稈和矮稈(基因?yàn)锽、b)是兩對獨(dú)立遺傳的相對性狀。現(xiàn)有不抗病矮稈玉米種子(甲)，研究人員欲培育抗病高稈玉米，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)：取適量的甲，用合適劑量的射線照射后種植，在后代中觀察到白化苗4株、抗病矮稈1株(乙)和不抗病高稈1株(丙)。將乙與丙雜交，F(xiàn)1中出現(xiàn)抗病高稈、抗病矮稈、不抗病高稈和不抗病矮稈，選取F1中抗病高稈植物上的花藥進(jìn)行離體培養(yǎng)獲得幼苗，經(jīng)過秋水仙素處理后選出純合二倍體的抗病高稈植株(丁)。另一個(gè)實(shí)驗(yàn)表明：以甲和丁為親本進(jìn)行雜交，子一代均為抗病高稈。請回答：(1)對上述1株白化苗的研究發(fā)現(xiàn)，控制其葉綠素合成的基因缺失了一段DNA，因此該基因不能正常_，功能喪失，無法合成葉綠素，表明該白化苗的變異具有_的特點(diǎn)，該變異類型屬于_。(2)上述培育抗病高稈玉米的實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了_、單倍體育種和雜交育種技術(shù)，其中雜交育種技術(shù)依據(jù)的原理是_。(3)從基因組成看，乙與丙植株雜交的F1中抗病高稈植株能產(chǎn)生_種配子。(4)請用遺傳圖解表示乙與丙植株雜交得到F1的過程。解析：(1)基因中缺失了一段DNA，這屬于基因突變。植物因基因突變而無法合成葉綠素，成為白化苗，體現(xiàn)了基因突變的有害性。(2)從育種過程看，除了單倍體育種、雜交育種外，還有誘變育種。雜交育種的原理是基因重組，可以有目的地將兩個(gè)或多個(gè)優(yōu)良性狀“組合”在一起，培育出更優(yōu)良的新品種。(3)由于甲植株表現(xiàn)為不抗病矮稈，丁植株表現(xiàn)為抗病高稈，其后代全表現(xiàn)為抗病高稈，故抗病對不抗病為顯性，高稈對矮稈為顯性。由乙植株與丙植株雜交后代的表現(xiàn)型可推知，乙植株和丙植株的基因型分別是Aabb、aaBb，后代抗病高稈植株的基因型是AaBb，產(chǎn)生AB、Ab、aB、ab 4種配子。(4)書寫遺傳圖解時(shí)應(yīng)注意寫出親本的基因型和表現(xiàn)型、配子、后代的基因型和表現(xiàn)型及其比例和各種符號。答案：(1)表達(dá)有害性基因突變(2)誘變育種基因重組(3)4(4)遺傳圖解如下：12(10分) 通過DNA重組技術(shù)使原有基因得以改造的動物稱為轉(zhuǎn)基因動物。運(yùn)用這一技術(shù)可使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)，如圖表示這一技術(shù)的基本過程，在該工程中所用的基因“剪刀”能識別的序列和切點(diǎn)是GGATCC，請回答：(1)從羊染色體中“剪下”羊的蛋白質(zhì)基因的酶是_，人體蛋白質(zhì)基因“插入”后連接在羊染色體中需要的酶是_。(2)人體蛋白質(zhì)基因之所以能連接到羊染色體DNA中，原因是_，人體蛋白質(zhì)基因?qū)胙蚣?xì)胞時(shí)常用的工具是_。(3)此過程中目的基因的檢測與表達(dá)中的表達(dá)是指_。(4)你認(rèn)為此類羊產(chǎn)的奶安全可靠嗎？理由是什么？_。解析：(1)剪取目的基因的酶是限制酶，將末端具有互補(bǔ)堿基的DNA片段連接起來的酶是DNA連接酶。(2)不同生物的DNA化學(xué)組成和空間結(jié)構(gòu)相同，即具有相同的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞需先與運(yùn)載體結(jié)合，最常用的運(yùn)載體是質(zhì)粒，也可以用動物病毒的DNA。(3)基因的表達(dá)是指基因通過控制蛋白質(zhì)的合成來控制生物的性狀，即通過轉(zhuǎn)錄和翻譯過程合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)。(4)此題為開放性問題，理由與觀點(diǎn)相對應(yīng)即可。答案：(1)限制酶DNA連接酶(2)具有相同的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)(有互補(bǔ)的堿基序列)細(xì)菌質(zhì)?；虿《?3)人體蛋白質(zhì)基因在羊細(xì)胞內(nèi)控制合成人體蛋白質(zhì)(4)安全，因?yàn)槟康幕驅(qū)胧荏w細(xì)胞后沒有改變，控制合成的人體蛋白質(zhì)成分沒有改變(或不安全，因?yàn)槟康幕驅(qū)胧荏w細(xì)胞后，可能由于羊細(xì)胞中某些成分的影響，合成的蛋白質(zhì)成分發(fā)生一定的改變)知識歸納整合1幾種育種方法的比較2.關(guān)注育種選擇中的關(guān)鍵詞(1)“最簡捷”(“最簡便”)的育種方法雜交育種(但該法“育種周期最長”)。(2)能產(chǎn)生“新基因”或“新性狀”(獲得親本中不具有的基因或性狀)的育種方法誘變育種(但該法“最盲目”或“最難實(shí)現(xiàn)育種目標(biāo)”)。(3)“最準(zhǔn)確”或“最定向”的育種方法基因工程育種(但該法“技術(shù)難度最大”)。(4)“明顯縮短育種年限”或“盡快獲得育種目標(biāo)”的方法單倍體育種(但該法不能實(shí)現(xiàn)“基因改良”)。(5)能“提高產(chǎn)量”或“增加營養(yǎng)物質(zhì)含量”或“增大葉片、果實(shí)”多倍體育種(但該法“結(jié)實(shí)率低”、“發(fā)育延遲”)。強(qiáng)化針對訓(xùn)練1下列關(guān)于育種的敘述中，正確的是()A用物理因素誘變處理可提高突變率B誘變育種和雜交育種均可形成新的基因C三倍體植物不能由受精卵發(fā)育而來D誘變獲得的突變體多數(shù)表現(xiàn)出優(yōu)良性狀解析：選A雜交育種只是原有基因的重新組合，不會形成新的基因；四倍體和二倍體雜交，產(chǎn)生的受精卵發(fā)育成的個(gè)體為三倍體；誘變育種一般多害少利。2改良缺乏某種抗病性的水稻品種，不宜采用的方法是()A誘變育種B單倍體育種C基因工程育種 D雜交育種解析：選B誘變育種、基因工程育種和雜交育種均可獲得抗病基因，而單倍體育種不能。3在某作物育種時(shí)，將、兩個(gè)植株雜交，得到，將再作如圖所示處理。下列分析錯(cuò)誤的是()A由到過程一定發(fā)生了非同源染色體上非等位基因的自由組合B由的育種過程中，依據(jù)的主要原理是染色體變異C若的基因型為AaBbdd，則植株中能穩(wěn)定遺傳的個(gè)體占總數(shù)的1/4D由到過程可能發(fā)生突變和基因重組解析：選A由到過程發(fā)生的變異為基因突變，并未發(fā)生基因重組。4.如圖所示某種農(nóng)作物品種和培育出的幾種方法，有關(guān)說法錯(cuò)誤的是()A培育品種的最簡捷途徑是B通過過程最不容易達(dá)到目的C通過過程的原理是染色體變異D過程常用一定濃度的秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗解析：選D因單倍體ab不能產(chǎn)生種子，故過程只能用秋水仙素處理由ab經(jīng)花藥離體培養(yǎng)成的幼苗。5下列各項(xiàng)措施中，能夠產(chǎn)生新基因的是()A高稈抗病小麥與矮稈不抗病小麥雜交B用秋水仙素處理二倍體西瓜得到四倍體C對小麥的花藥進(jìn)行離體培養(yǎng)D用X射線處理后獲得青霉素高產(chǎn)菌株解析：選D基因突變能產(chǎn)生新的基因，用X射線處理后獲得青霉素高產(chǎn)菌株的原理是基因突變。選項(xiàng)A的原理為基因重組，選項(xiàng)B、C的原理為染色體數(shù)目變異。6如圖是五種不同育種方法的示意圖，請據(jù)圖回答：(1)圖中AD表示的育種方法的原理是_，ABC表示的育種方法與AD表示的育種方法相比較，其優(yōu)越性在于_。(2)圖中E過程對種子或幼苗進(jìn)行相關(guān)處理時(shí)，最佳作用時(shí)期是細(xì)胞的_，請列舉一種能引起E過程變化的化學(xué)物質(zhì)：_；F過程最常用的一種化學(xué)試劑的作用原理是_。(3)圖中GJ過程中涉及的生物技術(shù)有_。解析：圖中AD表示的是雜交育種方法，依據(jù)的原理是基因重組；ABC表示的是單倍體育種方法，其特點(diǎn)是能夠明顯縮短育種年限。E過程為誘變育種，DNA在分裂間期解旋后變得不穩(wěn)固，易于突變，因此可以在此時(shí)期用誘變因子誘導(dǎo)基因突變。F過程為多倍體育種過程，常用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗，作用原理是秋水仙素可抑制有絲分裂過程中紡錘體的形成。圖中GJ過程為基因工程育種，涉及的生物技術(shù)有基因工程和植物組織培養(yǎng)。答案：(1)基因重組明顯縮短育種年限(2)分裂間期亞硝酸鹽(堿基類似物、硫酸二乙酯等)抑制有絲分裂過程中紡錘體的形成(3)基因工程和植物組織培養(yǎng)7假設(shè)A、b代表玉米的優(yōu)良基因，這兩種基因是自由組合的?，F(xiàn)有AABB、aabb兩個(gè)品種，為培育出優(yōu)良品種AAbb，可以采用的方法如圖所示： (1)由品種AABB、aabb經(jīng)過、過程培育出新品種的育種方式稱為_。若經(jīng)過過程產(chǎn)生的子代總數(shù)為1 552株，則其中基因型為AAbb的植株理論上有_株。將A_bb的玉米植株自交，子代中AAbb與Aabb的比是_。(2)過程常采用_由AaBb得到Ab個(gè)體。與過程的育種方法相比，過程的優(yōu)勢是_。(3)過程在完成目的基因與載體的結(jié)合時(shí)，必須用到的工具酶是_。與過程的育種方法相比，過程育種的優(yōu)勢是_。解析：題圖中AABB、aabb經(jīng)過、過程培育出新品種稱為雜交育種，經(jīng)過過程產(chǎn)生的子代總數(shù)為1 552株，其中基因型為AAbb理論上占總數(shù)的1/16，為97株。過程為單倍體育種，常采用花藥離體培養(yǎng)由AaBb得到Ab個(gè)體。與雜交育種方法相比，單倍體育種可明顯縮短育種年限。過程為基因工程育種，必須用到的工具酶有限制性內(nèi)切酶、DNA連接酶，與過程的誘變育種相比，基因工程育種的優(yōu)勢是定向地改造生物的遺傳性狀。答案：(1)雜交育種9732(2)花藥離體培養(yǎng)明顯縮短了育種年限(3)限制性內(nèi)切酶(限制酶)、DNA連接酶定向地改造生物的遺傳性狀